海洋酸化和变暖的交互作用破坏苔藓虫钙化过程及微生物组组成的机制研究

本研究针对海洋酸化和变暖对苔藓虫的复合影响这一关键科学问题，通过火山CO2喷口自然模拟系统，首次揭示了两种苔藓虫通过调整骨骼特性和维持微生物组稳定性来适应酸化环境的补偿机制，同时发现关键功能微生物类群的减少及覆盖面积加速丧失的现象，为预测未来海洋条件下钙化生物的生态功能变化提供了重要依据。

　　

在地中海这片全球变暖速度比平均水平快20%的海域，海洋生物正面临着前所未有的生存挑战。作为海洋生态系统中的重要钙化生物，苔藓虫不仅构建着复杂的栖息地结构，还在生物地球化学循环中扮演关键角色。然而，这个拥有5.8亿年演化历史的古老类群，如今却面临着海洋酸化和变暖的双重威胁——海水pH值持续降低导致碳酸钙溶解，而异常高温则直接威胁其生理机能。更令人担忧的是，这两种胁迫因子的协同效应可能远超单独作用的简单叠加，但目前科学界对这种复合影响的认知仍存在巨大空白。

来自西班牙巴塞罗那大学（Universitat de Barcelona）等机构的研究团队选择伊斯基亚岛火山CO₂喷口这一独特的自然实验室，对两种具有不同生活史特征的苔藓虫Pentapora ottomuelleriana和Myriapora truncata展开了为期五年的系统研究。通过整合骨骼矿物学、微生物组学和长期生态监测等多学科方法，研究人员首次揭示了苔藓虫应对未来海洋条件的适应策略及其生态风险。这项开创性成果发表在《Communications Biology》上，为理解海洋钙化生物的气候变化响应机制提供了新视角。

研究团队运用了四项关键技术：X射线衍射（XRD）分析骨骼镁含量，显微CT三维重建骨骼结构，16S rRNA基因测序解析微生物组组成，以及基于贝叶斯多层模型的时间序列分析。所有样本均采集自意大利伊斯基亚岛CO₂喷口和对照点的自然种群。

【骨骼特性差异】通过微CT和矿物学分析发现，两种苔藓虫表现出截然不同的适应策略：包覆型P. ottomuelleriana在酸化条件下降低镁方解石（HMC）含量（从9.47±0.32降至8.33±0.45 mol%）并减少骨骼厚度（0.065±0.003降至0.058±0.003 mm），而直立型M. truncata反而增加骨骼厚度（0.080±0.012增至0.141±0.010 mm）但缩小虫室体积。这种分化响应与其骨骼矿物组成（前者为双矿物型，后者为单一中间镁方解石IMC）和生活史特征密切相关。

【微生物组特征】16S测序揭示了两物种共有的9个核心菌属，包括BD1-7分支和Endozoicomonas等。酸化条件下，两物种均呈现有机质降解菌（如Lutibacter）增加的趋势，但P. ottomuelleriana特异地富集了硫酸盐还原菌（Desulforhopalus），而M. truncata则显著减少Acidobacteriota门细菌。值得注意的是，具有宿主保护功能的菌属（如Pseudoalteromonas）在酸化点普遍减少，而潜在致病菌Acinetobacter在M. truncata中增加。

【生态响应趋势】长期监测数据显示，温度升高单独导致苔藓虫覆盖面积减少，而酸化进一步加剧了这一趋势。贝叶斯模型预测CO₂喷口处的坏死速率显著高于对照点，表明两种胁迫因子的协同作用比单一影响更具破坏性。

这项研究首次系统揭示了苔藓虫应对海洋酸化的多维适应策略：通过骨骼特性调整维持基本生理功能，依靠微生物组稳定性缓冲环境压力。然而，关键功能菌群的丧失和覆盖面积的持续下降暗示着这种适应可能存在生理极限。特别值得注意的是，包覆型P. ottomuelleriana表现出更高的脆弱性，其较薄的骨骼和富集的厌氧菌群可能预示着在未来地中海变暖加剧的情景下将面临更大风险。这些发现不仅丰富了我们对海洋钙化生物气候适应机制的认识，也为预测底栖生态系统功能变化提供了重要指标。研究强调，必须从"全生物体"（holobiont）视角理解生物对环境变化的响应，仅关注单一组织或生理指标可能会严重低估气候变化的实际影响。